Биологи открыли способ сделать растения водонепроницаемыми

Учёные из Утрехтского университета обнаружили, как некоторые растения быстро определяют, что находятся под водой при наводнении, и запускают процессы, предотвращающие их гибель. Наводнения ежегодно вызывают массовые потери урожая из-за высокой чувствительности большинства основных сельскохозяйственных культур к затоплению. В исследовании, опубликованном в Nature Communications, учёные показали, как растения используют газообразный гормон этилен в качестве сигнала для запуска реакций выживания под водой. Идентификация этого сигнального механизма и вовлечённых генов может проложить путь к созданию устойчивых к стрессу, устойчивых к наводнениям культур, способных сохранять урожайность даже в экстремальных условиях.

Глобальное потепление приводит не только к увеличению частоты засух и волн жары, но и к усилению осадков и повышению риска наводнений. Это серьёзная проблема для сельского хозяйства. Как и людям, растениям для выживания нужен кислород, и его недостаток под водой приводит к удушью. Разрушительное воздействие наводнений на сельское хозяйство столь же велико, как и других экстремальных погодных явлений, таких как засуха. Например, затопление картофельного поля может привести к полной потере урожая всего за 24 часа. Поэтому крайне важно понимать механизмы устойчивости растений для продвижения к созданию устойчивых к наводнениям культур. Это может иметь решающее значение для продовольственной безопасности и смягчения крупных экономических потерь.

Реакция выживания

«Если растения могут быстро обнаружить, что они затоплены, они могут запустить процессы, повышающие их шансы на выживание. Одна из стратегий, например, — так называемая «реакция трубки»: листья и стебли ускоряют рост вверх, чтобы подняться над водой и восстановить контакт с воздухом. Другая стратегия — подавление роста и метаболизма, чтобы минимизировать потребление кислорода и энергии до тех пор, пока наводнение не отступит», — говорит первый автор исследования Сьон Хартман, биолог растений из группы экологической физиологии растений Утрехтского университета. «Мы недавно показали, что газообразный растительный гормон этилен играет в этом очень важную роль. Этилен, накапливающийся в клетках затопленных растений, служит для них сигналом наводнения».

Вместе с коллегами из Неймегена, Дании, Великобритании и США исследователи сообщают о своих выводах в Nature Communications, описывая цепочку молекулярных событий, запускаемых при наводнении у растений, и вовлечённые гены. Они демонстрируют, что накопление этилена в затопленных растениях запускает реакцию выживания на ранней стадии, ещё до того, как уровень кислорода фактически падает. «Это очень полезно: растение, которое раньше переходит в режим выживания, может дольше продержаться под водой, и это может стать разницей между жизнью и смертью», — говорит Хартман.

Устойчивые к будущему культуры

Открытие этого механизма толерантности открывает большие перспективы для будущей разработки устойчивых к наводнениям культур. «Теперь, когда мы знаем гены, связанные с выживанием при затоплении, мы можем ввести их обратно в растения, у которых их нет, и таким образом запрограммировать затопленные растения на более ранний переход в режим выживания», — говорят руководители исследования доктор Рашми Сасидхаран и профессор Ренс Вусенек из Утрехтского университета. «Это позволит нам создавать устойчивые к будущему культуры, которые лучше способны противостоять наводнениям».